CN113779839A - 一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，属于导热效果评价技术领域。本发明计算方法具体包括：(1)获得非均匀热界面材料的实际厚度轮廓；(2)将非均匀热界面材料划分为有限的区域，并根据上述步骤(1)得到的结果设置不同厚度；(3)将不同区域和不同厚度的设计方案导入热仿真软件，计算得到非均匀热界面材料的导热效果。本发明方法可实现对考虑形变影响的热界面材料的导热效果的有效评估。结果准确性高，已经通过散热仿真对考虑变形影响的热界面材料传热效果进行了验证。方案方便简捷，易于实现。
Description
技术领域
本发明属于导热效果评价技术领域，具体涉及一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法。
背景技术
随着信息技术的发展和国民经济发展的需要，电子产品一方面不断向小型化、轻量化、高性能、多功能、低成本等方向发展，另一方面芯片的功耗也在不断增加。通过热界面材料降低界面热阻，将芯片产生的热量有效导出，降低芯片工作温度，对于保障芯片长期有效工作很有必要。在经典倒装芯片封装结构中，热界面材料位于芯片与金属盖之间，如图1所示。在芯片实际运行及可靠性测试过程中，由于封装结构各组元的材料特性不同，比如热膨胀系数、杨氏模量等物性参数，导致封装整体产生变形与应力，热界面材料同样会因为受到封装热应力而发生变形。
热界面材料对于芯片封装散热的影响，通常可通过散热仿真方法予以评估。此类仿真中，热界面材料通常被设置为厚度均匀，即具有相同热导率的材料。现有的方法，虽然可以评估热界面材料对于芯片封装散热的影响。但在此类仿真中，热界面材料被设置为厚度均匀的材料。而实际上，在实际封装结构中热界面材料由于热应力而具有不均匀厚度。如果在计算仿真中不考虑这一点，可能会导致仿真结果与封装实际散热情况存在一定的偏差。
凝胶型的热界面材料主要由有机硅高分子基体与无机高导热填料组成，在封装结构中由于机械应力或热应力的影响会导致热界面材料的形状与厚度发生变化，导致材料的热导率改变，影响封装整体的散热效果。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种非均匀热界面材料导热效果的测量方法。本发明方法可实现对考虑形变影响的热界面材料的导热效果的有效评估。结果准确性高，方案方便简捷，易于实现。
一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述计算方法具体包括以下步骤：
(1)获得非均匀热界面材料的实际厚度轮廓；
(2)将非均匀热界面材料划分为有限的区域，并根据上述步骤(1)得到的实际厚度轮廓设置不同厚度；
(3)将步骤(2)得到的不同区域和不同厚度的设计方案导入热仿真软件，计算得到非均匀热界面材料的导热效果。
所述一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述步骤(1)中获得非均匀热界面材料的实际厚度轮廓的方法包括实验表征或有限元仿真方法。
所述一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述实验表征包括切片分析。
所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述有限元仿真方法的具体操作为：在Abaqus中构建有限元仿真模型，适用温度范围为-40-260℃，热界面材料会因温度变化产生热应力，并在厚度方向上发生形状变化。
所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述步骤(2)中有限的区域为3-5个区域。
所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述步骤(2)中设置不同厚度用于模拟非均匀热界面材料的形状变化。
所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述步骤(3)中热仿真软件包括Flotherm。
所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述步骤(3)中导热效果为非均匀热界面材料的温度分布。
所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述非均匀热界面材料包括芯片封装结构中的热界面材料。
所述的计算方法在受形变影响的热界面材料的导热效果有效评估中的用途。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明方法可实现对考虑形变影响的热界面材料的导热效果的有效评估。结果准确性高，已经通过散热仿真对考虑变形影响的热界面材料传热效果进行了验证。
(2)方案方便简捷，易于实现。
附图说明
图1为倒装芯片封装结构示意；
图2为热界面材料描述方案图，其中，a为热界面材料非均匀厚度垂直方向示意，b为热界面材料非均匀厚度水平方向示意图；
图3为本发明方法流程图；
图4为散热仿真结果图，其中，a为热界面材料均匀分布状态的芯片结温图，b为热界面材料非均匀分布状态的芯片结温图。
具体实施方式
以下将通过附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例1以倒装芯片结构的散热仿真为例，采用如下技术方案表征非均匀热界面材料对封装整体散热的影响：
(1)实验制样(选做)。通过切片分析或其他实验表征手段获得热界面材料在芯片封装中的实际厚度轮廓。
(2)热机械仿真。通过有限元仿真计算得到热界面材料在芯片封装中的实际厚度轮廓。在Abaqus中构建有限元仿真模型，适用温度范围为-40-260℃，热界面材料会因温度变化产生热应力，并在厚度方向上发生形状变化。
(3)热界面材料模型构建。将热界面材料划分为3-5个区域，并根据实验或有限元仿真结果设置不同的厚度，以模拟热界面材料的形状变化，如图2所示。将热界面材料近似划分成三个区域，最内层厚度135um，面积为100mm2，次外层厚度100um，面积为125mm2，最外层厚度80um，面积为175mm2。非均匀分布的热界面材料平均厚度为100um。
(4)热仿真计算。将不同区域不同厚度的设计方案导入Flotherm或其他热仿真软件，评估非均匀热界面材料对封装结构的散热效果。
本发明方法的流程图如图3所示。本发明方法经模拟验证可行，经过本方案获得的热界面材料非均匀厚度方案，已用于封装结构散热性能的评估，如图4。采用非均匀厚度热界面材料计算出的结果，与采用均匀厚度的计算结果有差异，更能代表封装结构的实际传热方式。
Claims (10)
1.一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述计算方法具体包括以下步骤：
(1)获得非均匀热界面材料的实际厚度轮廓；
(2)将非均匀热界面材料划分为有限的区域，并根据上述步骤(1)得到的实际厚度轮廓设置不同厚度；
(3)将步骤(2)得到的不同区域和不同厚度的设计方案导入热仿真软件，计算得到非均匀热界面材料的导热效果。
2.如权利要求1所述一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述步骤(1)中获得非均匀热界面材料的实际厚度轮廓的方法包括实验表征或有限元仿真方法。
3.如权利要求2所述一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述实验表征包括切片分析。
4.如权利要求2所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述有限元仿真方法的具体操作为：在Abaqus中构建有限元仿真模型，适用温度范围为-40-260℃，热界面材料会因温度变化产生热应力，并在厚度方向上发生形状变化。
5.如权利要求1所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述步骤(2)中有限的区域为3-5个区域。
6.如权利要求1所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述步骤(2)中设置不同厚度用于模拟非均匀热界面材料的形状变化。
7.如权利要求1所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述步骤(3)中热仿真软件包括Flotherm。
8.如权利要求1所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述步骤(3)中导热效果为非均匀热界面材料的温度分布。
9.如权利要求1所述的一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法，其特征在于所述非均匀热界面材料包括芯片封装结构中的热界面材料。
10.如权利要求1所述的计算方法在受形变影响的热界面材料的导热效果有效评估中的用途。
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN118211330B (zh) * | 2024-05-16 | 2024-07-23 | 山东轴研精密轴承有限公司 | 一种重载商用车的底盘轮毂轴承单元轻量化系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150136360A1 (en) * | 2013-07-10 | 2015-05-21 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Thermal interface pad and production method thereof, and heat dissipating system |
| CN110909495A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-03-24 | 南京航空航天大学 | 基于全尺寸微观结构模型的编织cmc材料薄壁构件等效导热系数预估方法 |
| CN111995991A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-27 | 深圳陶陶科技有限公司 | 一种热界面材料及其制备方法 |
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| CN110000293B (zh) * | 2019-03-07 | 2020-08-07 | 南京航空航天大学 | 一种考虑非均匀温度场的复杂曲面件热成形模具设计方法 |
| CN113779839A (zh) * | 2021-09-13 | 2021-12-10 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150136360A1 (en) * | 2013-07-10 | 2015-05-21 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Thermal interface pad and production method thereof, and heat dissipating system |
| CN110909495A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-03-24 | 南京航空航天大学 | 基于全尺寸微观结构模型的编织cmc材料薄壁构件等效导热系数预估方法 |
| CN111995991A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-27 | 深圳陶陶科技有限公司 | 一种热界面材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张旻澍等: "微电子系统热管理", vol. 1, 31 July 2019, 西安电子科技大学出版社, pages: 49 - 52 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023035463A1 (zh) * | 2021-09-13 | 2023-03-16 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种非均匀热界面材料导热效果的计算方法 |
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